Wat zijn computationele elektromagnetica?
Computationele elektromagnetica, die ook vaak elektromagnetische modellering of computationele elektrodynamica wordt genoemd, is een fysicaveld waarmee wetenschappers het gedrag van elektromagnetische golven kunnen voorspellen en beschrijven wanneer ze in contact komen met fysieke objecten. Wetenschappers kunnen computationele elektromagnetica gebruiken bij het bestuderen van een elektromagnetische golf, hoewel deze meestal wordt gebruikt in de studie van radiogolven of magnetrons. In deze gevallen wordt elektromagnetische theorie vaak gebruikt om wetenschappers te helpen betere antennes en communicatieapparatuur te ontwikkelen. Om deze complexe vergelijkingen te modelleren, vereisen wetenschappers het gebruik van krachtige computers.
Wetenschappers die werken in computationele elektrodynamica vertrouwen op een reeks vergelijkingen die bekend staan als de vergelijkingen van Maxwell. Deze vergelijkingen worden gebruikt om het gedrag van elektrische en magnetische velden te beschrijven, die worden beïnvloed door zowel grote als kleine objecten. Bepaalde vergelijkingen van Maxwell zijn geschikt bij het bestuderen van de effecten van atomaire parTicles op elektromagnetische velden, terwijl anderen nauwkeuriger beschrijven hoe deze velden worden beïnvloed door macroscopische objecten. Beide sets vergelijkingen houden rekening met de elektromagnetische velden die door deze andere objecten worden uitgestoten en beschrijven wat er gebeurt wanneer deze verschillende sets van elektromagnetische velden op elkaar inwerken.
De vergelijkingen die worden gebruikt in computationele elektromagnetica zijn uiterst complex. Ze houden rekening met een aantal verschillende velden en voorspellen het gedrag van deze velden over een bepaald gebied in de ruimte. De complexiteit van de wiskunde vereist het gebruik van computers die veel verschillende berekeningen kunnen voltooien en informatie kunnen extrapoleren. De interactie van elektromagnetische velden kan wiskundig en visueel worden weergegeven, zodat het gedrag van deze velden gemakkelijk kan worden gezien en begrepen.
In de studie van radio en magnetrons zijn er een aantal praktischeToepassingen voor computationele elektromagnetica. Een beter begrip van dit gebied heeft geleid tot vooruitgang in communicatie en tot het creëren van antennes die gegevens betrouwbaarder kunnen verzenden en ontvangen. Vooral het veld van cellulaire technologie heeft enorm geprofiteerd van een meer grondige kennis van dit veld en van het verhoogde computervermogen om elektromagnetische veldinteracties over een groter gebied te berekenen.
Hoewel het gedrag van een elektromagnetisch veld niet goed georganiseerd is, modelleren de computationele elektromagnetische wetenschappers voor eenvoud niet goed deze velden symmetrisch. Voor veel toepassingen is het praktischer om deze velden te beschouwen als algemeenheden die kunnen worden gemodelleerd als eenvoudige twee of driedimensionale objecten, zoals cirkels of bollen. Het is mogelijk om meer accurate modellen van elektromagnetische velden te maken als ze nodig zijn voor verschillende toepassingen.